Микротехнологии
Микротехнология — это наука о проведении химических или физических процессов ( единичных операций ) внутри малых объемов, как правило, внутри каналов с диаметром менее 1 мм (микроканалов) или других структур с субмиллиметровыми размерами. Эти процессы обычно выполняются в режиме непрерывного потока, в отличие от серийного производства , что позволяет достичь достаточно высокой производительности, чтобы сделать микротехнологию инструментом для химического производства. Поэтому микротехнологию не следует путать с микрохимией , которая имеет дело с очень малыми общими количествами вещества.
Подраздел микротехнологии, занимающийся химическими реакциями, осуществляемыми в микроструктурированных реакторах или « микрореакторах », также известен как технология микрореакций .
Уникальными преимуществами микроструктурированных реакторов или микрореакторов являются улучшенная теплопередача из-за большого отношения площади поверхности к объему и улучшенный массоперенос . Например, масштаб длины диффузионных процессов сопоставим с микроканалами или даже короче, и эффективное смешивание реагентов может быть достигнуто за очень короткое время (обычно миллисекунды). Хорошие свойства теплопередачи позволяют точно контролировать температуру реакций. Например, высокоэкзотермические реакции могут проводиться почти изотермически , когда микроструктурированный реактор содержит второй набор микроканалов («охлаждающий проход»), жидкостно отделенных от реакционных каналов («реакционный проход»), через которые поддерживается поток холодной жидкости с достаточно высокой теплоемкостью . Также возможно очень быстро изменять температуру микроструктурированных реакторов, чтобы намеренно достичь неизотермического поведения.
Интенсификация процесса
Хотя размеры отдельных каналов невелики, микротехнологическое устройство («микроструктурированный реактор») может содержать много тысяч таких каналов, а общий размер микроструктурированного реактора может измеряться метрами. Цель микротехнологии заключается не в миниатюризации производственных установок, а в повышении выходов и селективности химических реакций, что снижает стоимость химического производства. Эта цель может быть достигнута либо путем использования химических реакций, которые невозможно провести в большем объеме, либо путем проведения химических реакций при параметрах (температурах, давлениях, концентрациях), которые недоступны в большем объеме из-за ограничений безопасности. Например, детонация стехиометрической смеси двух единиц объема газообразного водорода и одной единицы объема газообразного кислорода не распространяется в микроканалах с достаточно малым диаметром. Это свойство называется « внутренней безопасностью » микроструктурированных реакторов. Улучшение выходов и селективности за счет использования новых реакций или проведения реакций при более экстремальных параметрах известно как «интенсификация процесса».
История
Исторически микротехнология зародилась около 1980-х годов, когда методы механической микрообработки, разработанные для изготовления сопел для разделения изотопов урана , впервые были применены для производства компактных теплообменников в Центре ядерных исследований в Карлсруэ .
Смотрите также
